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1、分子生物学教课设计1分子生物学教课设计一、课程性质必修课二、教课目的要求分子生物学是一门最近几年来发展迅速并且在生命科学领域里应用愈来愈广泛、影响愈来愈深远的一个学科。从学科角度来讲，分子生物学函盖面特别广，与生物化学和细胞生物学等生命科学骨干课程有一些交织。在学习本课程以前，要修业生已掌握了必需的数、理、化知识，并学习了植物学、动物学、微生物学与生物化学等基础课程。经过对本课程的学习，使学生掌握基因看法在分子水平上的发展与演变、基因的分子结构和特色、基因的复制、基因表达（在转录、翻译水平）的基本源理、基因表达调控的基本模式、基因发生突变与交换及DNA遗传多型性检测的分子生物学原理，认识新流行
2、的基因组学和后基因组学研究现状。经过与实验课相结合，系统地介绍与基因克隆相关的DNA技术，使学生们掌握一些基本的分子生物学技术。三、教材及相关参照书朱玉贤等，现代分子生物学高等教育第一版社，2002BenjaminLewin编著余龙等主译，Gene科学第一版社，2005赵寿元等，现代遗传学高等教育第一版社，2001孙乃恩等，分子遗传学南京大学第一版社，1990四、适用专业生物科学、生物技术、生物工程、科学教育等专业五、讲课学时学时六、课程内容第一章绪论教课目的：使学生对分子生物学的发展简史、分子生物学的研究内容及发展远景有较全面的认识。教课要点、难点：基因看法的发展与演变；对现代遗传学各发展阶
3、段的认识。课时安排：4学时教课内容：一、什么是分子生物学？分子生物学是研究核酸、蛋白质等所有生物大分子的形态、结构特色及其重要性、规律性和相互关系的科学。二、分子生物学的发展简史从1847年Schleiden和Schwann提出细胞学说，证明动、植物都是由细胞构成的到今日，固然但是短短一百多年时间，我们对生物大分子-细胞的化学构成却有了深刻的认识。孟德尔的遗传学规律最初令人们对性状遗传产生了理性认识，而Morgan的基因学说则进一步将性状与基因相耦联，成为分子遗传学的确立石。Watson和Crick所提出的脱氧核糖酸双螺旋模型，为充分揭穿遗传信息的传达规律摊平了道路。在蛋白质化学方面，继Sum
4、ner在1936年证明酶是蛋白质以后，Sanger利用纸电泳及层析技术于1953年初次说明胰岛素的一级结构，首创了蛋白质序列分析的先河。而Kendrew和Perutz利用X射线衍射技术分析了肌红蛋白（myoglobin）及血红蛋白（hemoglobin）的三维结构，论证了这些蛋白质在输送分子氧过程中的特别作用，成为研究生物大分子空间立体构型的前驱。总结与分子生物学相关的诺贝尔奖。三、分子生物学的主要研究内容1DNA重组技术-基因工程基因工程指将不一样DNA片段（如某个基因或基因的一部分）依据人们的设计定向连接起来，在特定的受体细胞中与载体同时复制并获取表达，产生影响受体细胞的新的遗传性状。DN
5、A重组技术有着广阔的应用远景：在生物技术制药领域中的应用。如：利用基因工程技术改造传统的制药工业；利用克隆的基因表达生产实用的肽类和蛋白质药物或疫苗。定向改造某些生物的基因组结构，使它们具备某些特别的经济价值。在基础研究中的应用。如：基因的克隆与分析；启动子分析。2基因表达调控因为蛋白质分子参加并控制了细胞的全部代谢活动，而决定蛋白质结构和合成时序的信息都由核酸（主若是脱氧核糖核酸）分子编码，表现为特定的核苷酸序列，所以基因表达实质上就是遗传信息的转录和翻译。在个体生长发育过程中生物遗传信息的表达按必定的时序发生变化（时序调理），并跟着内外环境的变化而不停加以修正（环境调控）。原核生物的基因组
6、和染色体结构都比真核生物简单，转录和翻译在同一时间和空间内发生，基因表达的调控主要发生在转录水平。真核生物有细胞核结构，转录和翻译过程在时间和空间上都被分分开，且在转录和翻译后都有复杂的信息加工过程，其基因表达的调控能够发生在各种不一样的水平上。基因表达调控主要表此刻信号传导研究、转录因子研究及RNA剪辑3个方面。3生物大分子结构功能-结构分子生物学生物大分子的结构功能研究（又称结构分子生物学）一个生物大分子，无论是核酸、蛋白质或多糖，在发挥生物学功能时，一定具备两个前提:第一，它拥有特定的空间结构（三维结构）；其次，在它发挥生物学功能的过程中必定存在着结构和构象的变化。结构分子生物学就是研究
7、生物大分子特定的空间结构及结构的运动变化与其生物学功能关系的科学。它包含结构的测定、结构运动变化规律的探究及结构与功能相互关系的成立3个主要研究方向。最常有的研究三维结构及其运动规律的手段是X射线衍射的晶体学（又称蛋白质晶体学），其次是用二维核磁共振和多维核磁研究液相结构，也有人用电镜三维重组、电子衍射、中子衍射和各种频谱学方法研究生物高分子的空间结构。4功能基因组学与生物信息学研究先后完成了包含从大肠杆菌、酿酒酵母到线虫等十余种模式生物基因组全序列的测定工作，并于2002年2月12日完成人类基因组测序工作。世界两大最有名的学术刊物nature和science同时发布了人类基因组全序列。基因组
8、测序工作的进展是特别令人振奋的。但是也随之产生了新问题。大批涌出的新基因数据迫使我们不得不考虑这些基因编码的蛋白质有什么功能这个问题。在这些基因组中平时有一半以上基因的功能是未知的。所以读懂基因组称为后基因组时代的生命科学领域面对的巨大的挑战。在功能基因组时代，应用生物信息学方法，高通量地说明基因组所有编码产物的生物学功能是一个重要的特色。生物信息学是在各种“组学”研究的推进下发展起来的.传统的研究方法是只研究某一个基因或蛋白质或转录产物，而“组学“的研究是采纳高通量的技术分析细胞中所有的基因和蛋白质，这样必定会产生海量的信息，所以，人们一定追求一种高速度、高效率、大规模的方式累积数据办理分析
9、方法。四、分子生物学展望将来的发展方向：不一样模式生物基因调控网络的比较分析；RNA介导的基因表达调控网络；表观遗传（epigenetic）信息的整合；从数据整合到系统生物学（systemsbiology）。第二章遗传的物质基础DNA教课目的：使学生认识并掌握DNA的结构与功能教课要点、难点：DNA的一级结构的测定，DNA的二级结构及超螺旋结构。课时安排：4学时教课内容：第一节DNA的一级结构一、一级结构的构成所谓DNA的一级结构，就是指4种核苷酸的连接及其摆列序次，表示了该DNA分子的化学构成。核苷酸序列对DNA高级结构的形成有很大影响，如B-DNA中多聚（G-C）区易出现左手螺旋DNA（Z
10、-DNA），而反向重复的DNA片段易出现发卡式结构等。二、一级结构的序列测定目前所用的DNA测序方法是在尾端停止法的基础上发展起来的。由英国科学家Sanger提出的。Sanger在生物大分子的序列测定方面做出了优异贡献。他曾在1953年利用小片段重迭法成功测定了胰岛素51个氨基酸序列，并获取诺贝尔奖。1977年又利用尾端停止法测定了X174噬菌体得DNA序列，第二次获得诺贝尔奖。尾端停止法又称为双脱氧法，基本源理是模拟体内DNA的复制过程在体外合成DNA，经过测定DNA片段的相对长度来推测核苷酸序列。至于成分大家不要死记，能够回忆一下DNA复制过程需要哪几种组分：模板、dNTP、引物、DNA聚
11、合酶，此中一种dNTP的磷酸基团用P32标志。除此以外还需要每个管中分别加入一种ddNTP。DDNTP是双脱氧核苷酸，因为在位上缺乏-OH，没法与下一个单体之间形成磷酸二酯键，所以，一旦掺入DNA链的延伸后，便停止DNA的合成这样，在DNA聚合酶的作用下核苷酸链不停延伸，我们能够调整dNTP和ddNTP的浓度，使ddNTP在每个地址上都有一个掺入的机遇。每个管都会产生一系列长短不一的DNA片段，其共同特色是尾端的最后一个碱基是相同的。我们将所得的所有DNA片段进行凝胶电泳，长度不一样，泳动的速度不一样。8%-20%的聚丙烯酰胺可将相差一个碱基的DNA片段区分开，因为dCTP是放射性标志的，我们
12、将凝胶放射自显影后，有DNA片段的地址就会显示出相应的信号带。自下而上挨次将碱基序列读出。第二节DNA的二级结构一、二级结构的特色DNA不但拥有严格的化学构成，还拥有特别的高级结构，它主要以有规则的双螺旋形式存在，其基本特色是：1、DNA分子是由两条相互平行的脱氧核苷酸长链环绕而成的；2、DNA分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排在外侧，构成基本骨架，碱基摆列在内侧；3、两条链上的碱基经过氢键相结合，形成碱基对，它的构成有必定的规律。这就是嘌呤与嘧啶配对，并且腺嘌呤（A）只好与胸腺嘧啶（T）配对，鸟嘌呤G）只好与胞嘧啶（C）配对。如一条链上某一碱基是C，另一条链上与它配对的碱基必定是G。碱基之间
13、的这种一一对应的关系叫碱基互补配对原则。构成DNA分子的碱基固然只有4种，它们的配对方式也只有A与T，C与G两种，但是，因为碱基能够任何序次摆列，构成了DNA分子的多样性。比方，某DNA分子的一条多核苷酸链有100个不一样的碱基构成，它们的可能摆列方式就是4100。二、变性、复性及杂交变性：指双螺旋区氢键断裂，空间结构破坏，只涉及次级键的破坏。常用的DNA变性方法：热变性和用变性剂办理。如何判断DNA能否发生变性了呢？常用的方法是测定DNA的光汲取值。在碱基的嘌呤环和嘧啶环中存在共扼双键，在240290nm波长有一激烈的汲取峰，最大汲取值在260nm。（蛋白质因为存在肽键，在280nm有明显的
14、汲取峰）当DNA变性时，有序的碱基摆列被破坏，光汲取值明显增加，该现象称为添色效应。当缓慢增加DNA溶液的温度时，记录不一样温度下的A260的数值，即绘制成DNA的变性曲线。以温度为横坐标，以A260为纵坐标。当A260增加到最大值的一半时，这时的温度称为DNA的溶解温度或熔点，Tm表示。除此以外，光汲取法也是实验室定量测定DNA和RNA浓度和纯度的一种方法。从某种样品中提取了基因组DNA，可依据A260/A280的比值判断其纯度。复性：的过程。变性核酸的互补链在适合条件下重新缔合成双螺旋杂交：在退火条件下，带有互补核苷酸序列的单链DNA或RNA混杂在一起，其相应的互补区段会形成双链结构。分子
15、杂交是分子生物学常用的技术，可用来检测某一特定基因的时空表达状况和在基因组中的。分子杂交最初是由Southern设计出来的。当时是用DNA探针检测的DNA，也就是DNA与DNA的杂交，人们就将这种方法称为是Southernblotting。在此基础上，人们设计出DNA探针检测RNA，称为Northernblotting。基因芯片的工作原理与经典的核酸分子杂交方法（southern、northern）是一致的，都是探针和互补的靶基因结合，经过随后的信号检测进行定性与定量分析。基因芯片（DNAmicroarray）指将N个目的DNA用自动化设备点在固体支持物上，DNA经固化后，用不一样颜色的荧光标
16、志的探针对这些DNA同时进行杂交，依据杂交结果表现的不一样颜色，经计算机分析后获取关于N个基因表达状况的数据。第三节DNA的高级结构一、超螺旋结构及拓扑异构体双螺旋DNA进一步扭曲环绕则形成其三级结构，超螺旋是DNA三级结构的主要形式。自从1965年Vinograd等人发现多瘤病毒的环形DNA的超螺旋以来，现已知道绝大多数原核生物都是共价关闭环(covalentlyclosedcircle,CCC)分子，这种双螺旋环状分子再度螺旋化成为超螺旋结构(superhelix或supercoil)。有些单链环形染色体(如174)或双链线形染色体(如噬菌体入)，在其生活周期的某一阶段，也势必其染色体变为超螺旋形式。关于真核生物来说，固然其染色体多为线形分子但其DNA均与蛋白质相结合，两个结合点之间的DNA形成一个突环(loop)结构，近似于CCC分子，相同拥有超螺旋形式。超螺旋按其方向分为正超螺旋和负超螺旋两种。真核
